Consistent View-Based Management of Variability in Space and Time

Systeme entwickeln sich schnell weiter und existieren in verschiedenen Variationen, um unterschiedliche und sich ändernde Anforderungen erfüllen zu können. Das führt zu aufeinanderfolgenden Revisionen (Variabilität in Zeit) und zeitgleich existierenden Produktvarianten (Variabilität in Raum). Redundanzen und Abhängigkeiten zwischen unterschiedlichen Produkten über mehrere Revisionen hinweg sowie heterogene Typen von Artefakten führen schnell zu Inkonsistenzen während der Evolution eines variablen Systems. Die Bewältigung der Komplexität sowie eine einheitliche und konsistente Verwaltung beider Variabilitätsdimensionen sind wesentliche Herausforderungen, um große und langlebige Systeme erfolgreich entwickeln zu können. ... mehrVariabilität in Raum wird primär in der Softwareproduktlinienentwicklung betrachtet, während Variabilität in Zeit im Softwarekonfigurationsmanagement untersucht wird. Konsistenzerhaltung zwischen heterogenen Artefakttypen und sichtbasierte Softwareentwicklung sind zentrale Forschungsthemen in modellgetriebener Softwareentwicklung. Die Isolation der drei angrenzenden Disziplinen hat zu einer Vielzahl von Ansätzen und Werkzeugen aus den unterschiedlichen Bereichen geführt, was die Definition eines gemeinsamen Verständnisses erschwert und die Gefahr redundanter Forschung und Entwicklung birgt. Werkzeuge aus den verschiedenen Disziplinen sind oftmals nicht ausreichend integriert und führen zu einer heterogenen Werkzeuglandschaft sowie hohem manuellen Aufwand während der Evolution eines variablen Systems, was wiederum der Systemqualität schadet und zu höheren Wartungskosten führt.

Basierend auf dem aktuellen Stand der Forschung in den genannten Disziplinen werden in dieser Dissertation drei Kernbeiträge vorgestellt, um den Umgang mit der Komplexität während der Evolution variabler Systeme zu unterstützten.
Das unifizierte konzeptionelle Modell dokumentiert und unifiziert Konzepte und Relationen für den gleichzeitigen Umgang mit Variabilität in Raum und Zeit basierend auf einer Vielzahl ausgewählter Ansätze und Werkzeuge aus der Softwareproduktlinienentwicklung und dem Softwarekonfigurationsmanagement. Über die bloße Kombination vorhandener Konzepte hinaus beschreibt das unifizierte konzeptionelle Modell neue Möglichkeiten, beide Variabilitätsdimensionen zueinander in Beziehung zu setzen.
Die unifizierten Operationen verwenden das unifizierte konzeptionelle Modell als Datenstruktur und stellen die Basis für operative Verwaltung von Variabilität in Raum und Zeit dar. Die unifizierten Operationen werden basierend auf einer Analyse diverser Ansätze konzipiert, welche verschiedene Modalitäten und Paradigmen verfolgen. Während die unifizierten Operationen die Funktionalität von analysierten Werkzeugen abdecken, ermöglichen sie den gleichzeitigen Umgang mit beiden Variabilitätsdimensionen.
Der unifizierte Ansatz basiert auf den vorhergehenden Beiträgen und erweitert diese um Konsistenzerhaltung. Zu diesem Zweck wurden Typen von variabilitätsspezifischen Inkonsistenzen identifiziert, die während der Evolution variabler heterogener Systeme auftreten können. Der unifizierte Ansatz ermöglicht automatisierte Konsistenzerhaltung für eine ausgewählte Teilmenge der identifizierten Inkonsistenztypen.

Jeder Kernbeitrag wurde empirisch evaluiert. Zur Evaluierung des unifizierten konzeptionellen Modells und der unifizierten Operationen wurden Expertenbefragungen durchgeführt, Metriken zur Bewertung der Angemessenheit einer Unifizierung definiert und angewendet, sowie beispielhafte Anwendungen demonstriert. Die funktionale Eignung des unifizierten Ansatzes wurde mittels zweier Realweltfallstudien evaluiert: Die häufig verwendete ArgoUML-SPL, die auf ArgoUML basiert, einem UML-Modellierungswerkzeug, sowie MobileMedia, eine mobile Applikation für Medienverwaltung. Der unifizierte Ansatz ist mit dem Eclipse Modeling Framework (EMF) und dem Vitruvius Ansatz implementiert.

Die Kernbeiträge dieser Arbeit erweitern das vorhandene Wissen hinsichtlich der uniformen Verwaltung von Variabilität in Raum und Zeit und verbinden diese mit automatisierter Konsistenzerhaltung für variable Systeme bestehend aus heterogenen Artefakttypen.

Systems evolve rapidly and exist in many variations to address different and changing requirements. This leads to subsequent revisions (variability in time) and concurrent product variants (variability in space). Redundancies and dependencies between different products across various revisions on the one hand and heterogeneous types of artifacts on the other hand quickly lead to inconsistencies during the evolution of a variable system. Handling the complexity while managing both variability dimensions uniformly and consistently is a major challenge when developing large and long-living variable systems. ... mehrVariability in space is primarily considered in software product line engineering (SPLE), while variability in time is mainly addressed in software configuration management (SCM). Consistency preservation between heterogeneous artifact types and view-based software development are major research topics in model-driven software development (MDSD). The isolation of these three related engineering disciplines has led to a plethora of research, approaches and tools from each area, which impedes a common shared understanding and causes redundant research. Therefore, tools from these areas are usually not well integrated, leading to a heterogeneous tooling landscape and high manual effort for evolving a variable system, which, in turn, harms the system’s quality and increases maintenance costs.

Based on the current state of the art in these three disciplines, this thesis presents three main contributions to cope with the complexity of evolving variable systems.
The unified conceptual model documents and unifies concepts and relations for simultaneously coping with variability in space and time based on a diverse set of analyzed tools and approaches from SPLE and SCM. Beyond their mere combination, the unified conceptual model proposes novel ways of relating both variability dimensions.
The unified operations form the basis for operational management of variability in space and time using the unified conceptual model as data structure. Based on an analysis of diverse contemporary tools that follow different modalities and paradigms, the unified operations provide functionality beyond the state of the art by preserving each tool’s functionality while extending it to uniformly cope with both variability dimensions.
The unified approach refines the unified conceptual model and unified operations and additionally integrates consistency preservation mechanisms. To this end, different types of variability-related inconsistency types have been identified that can occur during the evolution of variable systems comprised of heterogeneous artifacts. The unified approach integrates automated consistency preservation for a selected subset of the identified inconsistency types to support consistent unified management of variable systems.

Every main contribution of this thesis has been empirically evaluated. The unified conceptual model and unified operations have been evaluated based on expert surveys, devised metrics to assess the appropriateness of a unification, and exemplary applications. Moreover, the functional suitability of the unified approach has been evaluated by applying it to two real-world case studies: the well-known ArgoUML-SPL data set that has been extracted from a snapshot of ArgoUML, a UML modeling tool, and MobileMedia, a mobile application for media management. The unified approach is implemented using the Eclipse Modeling Framework (EMF) and the Vitruvius approach.

With the presented contributions, this thesis broadens the body of knowledge on unified management of variability in space and time and bridges it with automated consistency preservation across heterogeneous artifact types.